UHF_LEC / UHF_L6

Рис.6.6.

В качестве замедляющей системы в амплитроне используется двухпроводная линия - связки - с подключенными к ним ламелями-бугелями. Такая линия более широкополосна, чем цепочка связанных резонаторов в магнетроне. Она имеет вход и выход. Магнитное поле ориентировано перпендикулярно плоскости рисунка и направлено таким образом, что дрейф электронов у катода происходит навстречу потоку мощности (показано на рисунке стрелкой), распространяющейся от входа к выходу. В амплитроне осуществляется синхронное взаимодействие электронов с первой обратной пространственной

гармоникой замедляющей системы. Количество ламелей в амплитроне подбирается нечетным.

Как мы видим, амплитрон конструктивно очень похож на магнетронный генератор. В связи с этим главная проблема в эксплуатации амплитрона - избежать его самовозбуждения. Именно поэтому в нем и выбирается режим работы на обратной пространственной гармонике, что позволяет разделить по напряжению режимы эффективного усиления и самовозбуждения. Выбор нечетного количества ламелей замедляющей системы позволяет избежать возбуждения самого эффективного для магнетрона -вида колебаний.

В амплитроне, как и в магнетроне, происходит формирование электронных сгустков-спиц, вращающихся вокруг катода. Определим условия синхронного их движения с обратной пространственной гармоникой СВЧ поля. Движение электронов в скрещенных полях мы уже описали при анализе работы магнетрона. Поэтому определим фазовую скорость первой обратной пространственной гармоники СВЧ волны.

Пусть сдвиг фазы этой волны при движении электронов между соседними ячейками замедляющей системы равен  и величина  существенно меньше . Условием синхронного взаимодействия электронного потока с любой пространственной гармоникой является то, что электрон при своем движении от ячейки к ячейке ЗС каждый раз должен попадать в одну и ту же фазу ВЧ поля. Это условие можно записать в виде

, (6.21)

где

Равенство (6.21) определяет величины углов пролета электронов между ячейками, при которых возможно эффективное синхронное взаимодействие электронов с ВЧ волнами. d - расстояние между центрами ячеек. Величина  в правой части равенства учитывает “поворот” поля между ламелями замедляющей системы по сравнению с полем между связками из-за “перекрестного” подключения связок к ламелям. Отсюда условие синхронизма можно в общем виде определить равенством

(6.22)

Для первой обратной пространственной гармоники можно записать

(6.23)

В выражении (6.23) дробь положительна, а минус перед дробью учитывает, что  меньше .

Синхронизм в амплитроне, как и в магнетроне, обеспечивается выбором анодного напряжения. Амплитронный усилитель может работать только в дискретных зонах усиления. Поясним это, учитывая дисперсионные свойства замедляющей системы. Типичная дисперсионная характеристика амплитронной ЗС (зависимость  от частоты f) показана на рис.6.5.

Рис.6.5.

Из-за замкнутости электронного потока работа амплитрона может быть осуществлена только при дискретных значениях . Дело в том, что электронная спица, сформированная на входе амплитрона в тормозящих фазах СВЧ поля, после полного поворота по азимуту не разваливается в “холостом” зазоре между выходом и входом и должна вернуться на входе в ту же фазу СВЧ поля. В связи с этим оптимальное время полного оборота спицы опт должно удовлетворять соотношению

, (6.24)

где =1,2,3..., а Т – период колебаний.

Возможны такие малые отклонения от этого времени, когда спица смещается в пределах области тормозящих фаз, но не выходит из нее.

С другой стороны, это время, за которое спица проходит вокруг замедляющей системы, и равно

(6.25)

так как , а фазовая скорость определяется выражением (6.23).

Отсюда

(6.26)

Из соотношения (6.26) следует существование зон генерации при разных значениях .

В таблице приведены оптимальные значения _опт при разных , рассчитанные для амплитрона с 9-ю ячейками замедляющей системы (N=9).

	1	2	3	4	5	6	7	8
 выражено через N	(N-7)/2	(N-5)/2	(N-3)/2	(N-1)/2	(N+1)/2	(N+3)/2	(N+5)/2	(N+7)/2
опт	(1-2/9), 7/9	(1-4/9), 5/9	(1-6/9), 3/9	(1-8/9), 1/9	(1- 10/9), (-1/9)	(1- 12/9), (-3/9)	(1- 14/9), (-5/9)	(1- 16/9), (-7/9)

Таблица 2.

Из таблицы следует, что для всех  >(N-1)/2 , т.е. в амплитроне с N =9 при  от 5 до 8 значения оптимального сдвига фазы по абсолютной величине равны соответствующим значениям сдвигов для  от 1 до 4 и отличаются только знаком, что для усиления несущественно. Таким образом, можно констатировать, что у амплитрона с 9-ю ячейками ЗС существует 4 разных зоны усиления, а в общем виде существует всего (N-1)/2 зон, где N - количество ламелей ЗС. Для амплитрона с 9-ю ламелями первой зоной принято называть зону с максимальным  из первых четырех. Для амплитрона с произвольным N первой называют зону с  =(N-1)/2. Для реализации усиления в этой зоне требуется наименьшее анодное напряжение. Как правило, амплитроны эксплуатируют во второй зоне. Там больше оптимальное анодное напряжение и шире полоса усиливаемых частот. Оптимальным углам пролета соответствуют оптимальные частоты, вблизи которых расположены зоны усиления. На рис.6.5 номерами 1 и 2 отмечены области усиления, соответствующие зонам 1 и 2.

Амплитроны - мощные и эффективные приборы, подобные по этим показателям магнетронным генераторам. В них так же, как и в магнетронах, передается СВЧ колебаниям потенциальная энергия электронов. Бичом амплитронов является самовозбуждение. Поэтому они обеспечивают без самовозбуждения усиление, которое не превышает 10-15 дБ. Полоса усиливаемых частот в амплитроне, как правило, не больше 10-15%.

13